受压构件(钢筋混凝土结构课件).ppt
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1、受压构件(钢筋混凝土结构课件)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望6.1 概述及构造要求概述及构造要求第第6 6章章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算轴心受压构件轴心受压构件偏心受压构件偏心受压构件受受压构件构件单向偏心受向偏心受压构件构件双向偏心受双向偏心受压构件构件第第6 6章章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算偏心受压构件的构造要求偏心受压构件的构造要求 1.混凝土强度等级、计算长度及
2、截面尺寸混凝土强度等级、计算长度及截面尺寸截面形状和尺寸:截面形状和尺寸:采用矩形截面,单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。采用矩形截面,单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在l0/b30及及l0/h25。当柱截面的边长在当柱截面的边长在800mm以下时,一般以以下时,一般以50mm为模数,边长为模数,边长在在800mm以上时,以以上时,以100mm为模数。为模数。(2)混混凝凝土土强强度度等等级级:受受压压构构件件的的承承载载力力主主要要取
3、取决决于于混混凝凝土土强强度度,一一般般应应采采用用强强度度等等级级较较高高的的混混凝凝土土。目目前前我我国国一一般般结结构构中中柱柱的的混混凝凝土土强强度度等等级级常常用用C30C40,在在高高层层建建筑筑中中,C50C60级级混混凝土也经常使用。凝土也经常使用。第第6 6章章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算2 纵向钢筋和箍筋纵向钢筋和箍筋 纵向钢筋纵向钢筋 纵纵筋筋配配筋筋率率过过小小时时,纵纵筋筋对对柱柱的的承承载载力力影影响响很很小小,接接近近于于素素混混凝凝土土柱柱,纵纵筋筋不不能能起起到到防防止止混混凝凝土土受受压压脆脆性性破破坏坏的的缓缓冲冲作作
4、用用。同同时时考考虑虑到到实实际际结结构构中中存存在在偶偶然然附附加加弯弯矩矩的的作作用用,以以及及收收缩缩和和温温度度变化产生的拉应力,规定了受压钢筋的最小配筋率。变化产生的拉应力,规定了受压钢筋的最小配筋率。规规范范规规定定,轴轴心心受受压压构构件件全全部部纵纵向向钢钢筋筋的的配配筋筋率率不不应应小小于于(见见下下页页表表);偏偏心心受受压压构构件件中中的的受受拉拉钢钢筋筋最最小小配配筋筋率率的的要要求求同同受弯构件,受弯构件,受压钢筋的配筋率不应小于受压钢筋的配筋率不应小于0.2%。另另一一方方面面,考考虑虑到到施施工工布布筋筋不不致致过过多多影影响响混混凝凝土土的的浇浇筑筑质质量量,全
5、部纵筋配筋率不宜超过全部纵筋配筋率不宜超过5%。全全部部纵纵向向钢钢筋筋的的配配筋筋率率按按 =(As+As)/A计计算算,一一侧侧受受压压钢钢筋筋的的配筋率按配筋率按 =As/A计算,其中计算,其中A为构件全截面面积。为构件全截面面积。受力类型受力类型最小配筋率最小配筋率(%)受压构件受压构件全部纵筋全部纵筋强度强度500级钢级钢筋筋0.5强度强度400级级0.55300级、级、335级级钢筋钢筋0.6一侧纵筋一侧纵筋0.2受弯、偏心受拉、轴心受拉构件一侧受拉钢筋受弯、偏心受拉、轴心受拉构件一侧受拉钢筋0.2和和45ft/fy中较大值中较大值建筑工程中纵筋最小配筋率建筑工程中纵筋最小配筋率说
6、明:1、不小于C60混凝土结构,受压全部纵筋最小配筋率为表中数值加0.1.2、板类构件中受拉钢筋,对于采用400、500级钢筋的最小配筋率应允许采用0.15和45ft/fy中的较大值。3、偏心受拉构件的受压钢筋,按受压构件一侧纵筋确定最小配筋率。4、受压构件中全部纵筋、一侧纵筋以及轴拉构件、小偏心受拉构件均按照构件全部截面计算最小配筋率。5、受弯、大偏心受拉构件一侧受拉钢筋应按照全截面扣除受压翼缘面积计算最小配筋率。6、周长布置纵向钢筋时,一侧纵筋指受力方向两个对边中一边布置的纵筋。公路桥涵公路桥涵第第6 6章章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算 柱柱中中纵纵向
7、向受受力力钢钢筋筋的的的的直直径径d不不宜宜小小于于12mm,且且选选配配钢钢筋筋时时宜宜根根数数少少而而粗粗,但但对对矩矩形形截截面面根根数数不不得得少少于于4根根,圆圆形形截截面面根根数不宜少于数不宜少于8根,且应沿周边均匀布置。根,且应沿周边均匀布置。纵向钢筋的保护层厚度要求见附表,且不小于钢筋直径纵向钢筋的保护层厚度要求见附表,且不小于钢筋直径d。当柱为竖向浇筑混凝土时,纵筋的净距不小于当柱为竖向浇筑混凝土时,纵筋的净距不小于50mm;对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。截截面面各各边边纵纵筋筋的的中中距距不不应应
8、大大于于350mm。当当h600mm时时,在在柱柱侧侧面面应应设设置置直直径径1016mm的的纵纵向向构构造造钢钢筋筋,并并相相应应设设置置复复合合箍筋或拉筋。箍筋或拉筋。第第6 6章章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算箍箍 筋:筋:受受压压构构件件中中箍箍筋筋应应采采用用封封闭闭式式,其其直直径径不不应应小小于于d/4,且且不不小小于于6mm,此处,此处d为纵筋的最大直径。为纵筋的最大直径。箍箍筋筋间间距距不不应应大大于于400mm,也也不不应应大大于于截截面面短短边边尺尺寸寸;对对绑绑扎扎钢钢筋筋骨骨架架,箍箍筋筋间间距距不不应应大大于于15d;对对焊焊接接
9、钢钢筋筋骨骨架架不不应应大大于于20d。d为纵筋的最小直径。为纵筋的最小直径。当当柱柱中中全全部部纵纵筋筋的的配配筋筋率率超超过过3%,箍箍筋筋直直径径不不宜宜小小于于8mm,且且箍箍筋筋末末端端应应应应作作成成135的的弯弯钩钩,弯弯钩钩末末端端平平直直段段长长度度不不应应小小于于10箍箍筋筋直直径径,或或焊焊成成封封闭闭式式;箍箍筋筋间间距距不不应应大大于于10倍倍纵纵筋筋最最小直径,也不应大于小直径,也不应大于200mm。当当柱柱截截面面短短边边大大于于400mm,且且各各边边纵纵筋筋配配置置根根数数超超过过多多于于3根根时时,或或当当柱柱截截面面短短边边不不大大于于400mm,但但各各
10、边边纵纵筋筋配配置置根根数数超超过多于过多于4根时,应设置复合箍筋。根时,应设置复合箍筋。对对截截面面形形状状复复杂杂的的柱柱,不不得得采采用用具具有有内内折折角角的的箍箍筋筋,以以避避免免箍箍筋受拉时使折角处混凝土破损。筋受拉时使折角处混凝土破损。第第6 6章章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算第第6 6章章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算材料要求材料要求 混混凝凝土土:一一般般采采用用C20C40强强度度等等级级混混凝凝土土,对对于于高高层层建建筑筑的底层柱,必要时可采用的底层柱,必要时可采用C50以上的高强度混凝土。以上的
11、高强度混凝土。纵纵向向受受力力钢钢筋筋:一一般般采采用用400级级、335级级和和500级级,不不宜宜采采用用高高强强度度钢钢筋筋,因因为为与与混混凝凝土土共共同同受受压压时时,不不能能充充分分发发挥挥其其高高强强度度的作用。的作用。箍箍筋筋:一一般般采采用用HPB300级级、HRB335级级钢钢筋筋,也也可可采采用用HRB400级钢筋。级钢筋。第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算4.轴心受压构件构造要求轴心受压构件构造要求截面形式截面形式 一般采用方形或矩形,有特殊要求时,可采用圆形或多边形。一般采用方形或矩形,有特殊要求时,可采用圆形
12、或多边形。避避免免构构件件长长细细比比过过大大,承承载载能能力力降降低低过过多多,常常取取l0/b30,l0/h25,一般,一般l0/h为为15左右。左右。普通普通钢筋的强度设计值(钢筋的强度设计值(N/mm2)预应力钢筋强度设计值预应力钢筋强度设计值纵向受力钢筋纵向受力钢筋 纵纵向向受受力力钢钢筋筋直直径径d不不宜宜小小于于12mm,通通常常在在12mm32mm范范围围内内选选用用。矩矩形形截截面面的的钢钢筋筋根根数数不不应应小小于于4根根,圆圆形形截截面面的的钢钢筋筋根数不宜少于根数不宜少于8根,不应小于根,不应小于6根。根。受受压压构构件件的的最最大大配配筋筋率率为为5%,全全部部钢钢筋
13、筋的的最最小小配配筋筋率率为为表表中中规定。规定。受受力力纵纵筋筋原原则则上上应应沿沿构构件件受受力力方方向向设设置置,周周边边均均匀匀、对对称称布布置置,纵纵向向受受力力钢钢筋筋的的净净距距不不应应小小于于50mm,最最大大净净距距不不宜宜大大于于300mm,并要有足够的保护层厚度。,并要有足够的保护层厚度。一一般般采采用用机机械械连连接接接接头头、焊焊接接接接头头和和搭搭接接接接头头,当当钢钢筋筋直直径径d32mm时时,可可采采用用绑绑扎扎搭搭接接接接头头,当当接接头头位位置置应应设设在在受受力力较较小处。小处。第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正
14、截面承载力计算箍筋箍筋 箍筋应做成封闭式,保证钢筋骨架的整体刚度。箍筋应做成封闭式,保证钢筋骨架的整体刚度。箍箍筋筋间间距距s不不应应大大于于400mm及及构构件件截截面面的的短短边边尺尺寸寸,且且不不应应大于大于15d(d为纵筋最小直径)。为纵筋最小直径)。箍箍筋筋采采用用热热轧轧钢钢筋筋时时,其其直直径径不不应应小小于于d/4,且且不不应应小小于于6mm(d为为纵纵筋筋最最大大直直径径);采采用用冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝时时应应小小于于5mm和和d/5(d为纵筋最大直径)为纵筋最大直径)。当当柱柱截截面面短短边边尺尺寸寸大大于于400mm且且各各边边纵纵向向钢钢筋筋多多于于3根根时时,或或
15、柱柱截截面面短短边边尺尺寸寸不不大大于于400mm但但各各边边纵纵向向钢钢筋筋多多于于4根根时时,应设置复合箍筋。应设置复合箍筋。第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算在在纵纵向向受受压压钢钢筋筋搭搭接接长长度度范范围围内内的的箍箍筋筋直直径径不不应应小小于于搭搭接接钢钢筋筋较较大大直直径径的的0.25倍倍,间间距距不不应应小小于于10d,且且不不应应大大于于200mm(d为纵筋最小直径)。为纵筋最小直径)。第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算当当柱柱中中全全部部纵纵筋筋配配筋筋率率超
16、超过过3%时时,箍箍筋筋直直径径不不宜宜小小于于8mm,且且应应焊焊成成封封闭闭环环式式,其其间间距距不不应应大大于于10d(d为为纵纵筋筋最最小小直直径径),且且不不应应大大于于200mm。第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算6.2 钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算(reinforced concrete axially compressive member)普通箍筋普通箍筋螺旋箍筋螺旋箍筋构构件件的的长长细细比比构构件件的的计计算算长长度度 l0 与与构件的短边构件的短边 b 或截面回转半径
17、或截面回转半径 i 之比之比柱的分类:柱的分类:规规范范规规定定,柱柱的的长长细细比比满满足足以以下下条条件件时时属属短短柱柱:矩矩形形截截面面l0/b8;圆圆形截面形截面l0/d7;任意截面;任意截面l0/i28。柱柱的的长长细细比比较较大大,柱柱的的极极限限承承载载力力将将受受侧侧向向变变形形所所引引起起的的附附加加弯矩影响而降低。弯矩影响而降低。短柱短柱长柱长柱第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算6.2.1 配有普通箍筋的轴心受压构件配有普通箍筋的轴心受压构件 (tied stirrups)1.受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征第
18、第阶段阶段弹性阶段弹性阶段轴轴向向压压力力与与截截面面钢钢筋筋和和混混凝凝土土的应力基本上呈线性关系的应力基本上呈线性关系 第第阶段阶段弹塑性阶段弹塑性阶段混混凝凝土土进进入入明明显显的的非非线线性性阶阶段段,钢钢筋筋的的压压应应力力比比混混凝凝土土的的压压应应力增加得快,出现应力重分布。力增加得快,出现应力重分布。第第阶段阶段破坏阶段破坏阶段钢钢筋筋首首先先屈屈服服,有有明明显显屈屈服服台台阶阶的的钢钢筋筋应应力力保保持持屈屈服服强强度度不不变变,混混凝凝土土的的应应力力也也随随应应变变的的增加而继续增长。增加而继续增长。受压短柱受压短柱当当混混凝凝土土压压应应力力达达到到峰峰值值应应变变,
19、外外荷荷载载不不再再增增加加,压压缩缩变变形形继继续续增增加加,出出现现的的纵纵向向裂裂缝缝继继续续发发展展,箍箍筋筋间间的的纵纵筋筋发发生生压压屈屈向向外外凸凸出出,混混凝凝土被压碎而整个构件破坏。土被压碎而整个构件破坏。第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算应应力力峰峰值值时时的的压压应应变变一一般般在在0.00250.0035之之间间。规规范范偏偏于于安安 全全 地地 取取 最最 大大 压压 应应 变变 为为 0.002。受受 压压 纵纵 筋筋 屈屈 服服 强强 度度 约约 s=Es s=2001030.002=400N/mm2。采采
20、用用fy400Mpa钢钢筋筋,则则纵纵筋筋不不屈屈服服。在在轴轴心心受受压压短短柱柱中中,不不论论受受压压纵纵筋筋是是否否屈屈服服,构构件件的的最最终终破破坏坏形形态态均均是是由由混混凝凝土土压压碎碎所所控控制制,这这一一阶阶段段是是计计算算轴轴心心受压构件极限强度的依据。受压构件极限强度的依据。破破坏坏时时,首首先先在在凹凹侧侧出出现现纵纵向向裂裂缝缝,随随后后混混凝凝土土被被压压碎碎,纵纵筋筋被被压压屈屈向向外外凸凸出出;凸凸侧侧混混凝凝土土出出现现垂垂直直于于纵纵轴轴方方向向的的横横向向裂裂缝缝,侧侧向向挠度急剧增大,柱子破坏。挠度急剧增大,柱子破坏。受压长柱受压长柱第第6 6章章 钢筋
21、混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算初始偏心距初始偏心距附加弯矩和附加弯矩和侧向向挠度度加大了原来的初始偏心距加大了原来的初始偏心距构件承构件承载力降低力降低稳定系数定系数 考考虑长柱柱纵向弯曲的不利影响。向弯曲的不利影响。P116表表5-1第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算试验表明,长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。试验表明,长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。lo 构件的计算长度,与构件端部的支承条件有关;构件的计算长度,与构件端部的支承条件有关;两端铰支时取两端铰支时取1.
22、0l 一端固定,一端铰支时取一端固定,一端铰支时取0.7l 两端固定时取两端固定时取0.5l 一端固定,一端自由时取一端固定,一端自由时取2.0lb 矩形截面的短边尺寸;矩形截面的短边尺寸;d 圆形截面的直径;圆形截面的直径;i 截面最小回转半径;截面最小回转半径;2.配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算NA sfcf y A sbhN轴向力设计值;轴向力设计值;钢筋混凝土构件的稳定系数;钢筋混凝土构件的稳定系数;f y钢筋抗压强度设计值;钢筋抗压
23、强度设计值;A s全部纵向受压钢筋的截面面积;全部纵向受压钢筋的截面面积;f c混凝土轴心抗压强度设计值;混凝土轴心抗压强度设计值;A 构构件件截截面面面面积积,当当纵纵向向配配筋筋率率大大于于0.03时,时,A改为改为Ac,Ac=A-A s;0.9 可靠度可靠度调整系数。整系数。截面设计:截面设计:min已知:已知:b h,fc,f y,l0,N,求求A s。min=0.6%设计方法设计方法 第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算已知:已知:fc,f y,l0,N,求求A、A s。假定假定 截面校核:截面校核:已知:已知:b h,fc,f
24、 y,l0,A s,N,校核。,校核。当当Nu N时,安全。时,安全。(1)(1)配筋率应当以构件的全部面积为分母求得;配筋率应当以构件的全部面积为分母求得;截面设计应注意的问题:截面设计应注意的问题:(2)(2)检检查查是是否否满满足足最最小小配配筋筋率率、单单面面最最小小配配筋筋率率以以及及不不超超过过最最大配筋率的要求;大配筋率的要求;(3)(3)计算高度受构件支承条件的影响;计算高度受构件支承条件的影响;(4)实实际际配配筋筋面面积积与与计计算算配配筋筋的的面面积积的的误误差差控控制制在在5%左左右右,比比较合理。较合理。第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土
25、轴心受力构件正截面承载力计算第第6 6章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算例例6-2-1 某某轴轴心心受受压压柱柱,轴轴力力设设计计值值N=2400kN,计计算算高高度度为为l0=6.2m,混混凝凝土土C25,纵筋采用,纵筋采用HRB400级钢筋。试求柱截面尺寸,并配置受力钢筋。级钢筋。试求柱截面尺寸,并配置受力钢筋。解:初步估算截面尺寸解:初步估算截面尺寸由由附附表表1-2查查得得C25混混凝凝土土的的fc=11.9N/mm2,由由附附表表2-3查查得得HRB400钢钢筋筋的的fy=360N/mm2。取。取 1.0,1%,则有,则有若若 采采 用
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